JP5426100B2 - 成形構造体 - Google Patents
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Description
(1)基材と、この基材表面に形成される溝とを備え、上記溝が、溝の最大幅を可視光の最短波長以下とし、隣接する溝間の最小幅を可視光の最長波長以上とする成形構造体。
(2)項(1)において、基材が、透明である成形構造体。
(3)項(1)又は(2)において、溝が、基材を除去加工して得られる成形構造体。
(4)項(1)乃至(3)の何れかにおいて、溝が、略円形の連続螺旋状又は複数の相似形状である成形構造体。
(5)項(1)乃至(4)の何れかにおいて、基材が、裏面に反射材を有する成形構造体。
基材が透明である場合は、表面に溝が形成されてあっても、基材自体の透明性を損なうことがない。
溝が略円形の連続螺旋状又は複数の相似形状である場合は、熱と回転ステージを利用することができ、低コストで溝が形成された成形構造体を提供することが可能になる。
基材が裏面に反射材を有する場合は、防曇性を有する鏡も実現可能になり、自動車のミラーや建築資材等においても適用できるようになる成形構造体を提供することが可能になる。
また、ガラス等の無機系透明材料を用いることも可能であり、ここで言うガラスとは、ケイ砂(SiO2)を主成分とするものであれば、ソーダガラス、クリスタルガラス、硼珪酸ガラス等、特に限定されずに使うことができる。
ここで、dは隣接する溝間の幅であり、λは波長、αは入射角、βは出射角、nは整数であり、干渉波長は隣接する溝間の幅で決定されることが分かる。
そのため、隣接する溝間の幅を可視光線の最長波長以上にした場合、可視光域での干渉の影響を低減することが出来る。
式(1)、(2)において、媒質nに波長λの光が入射すると、媒質内を通過する波長λは媒質nだけ短くなる。すなわち、基材表面に形成される最適な溝形状は、媒質nによって決定される。
尚、計算例は、図中下方から光が入射し、媒質内を通過し、Z=4μmから上方へ出射していく時の波動の状態を示す。
尚、本発明にて述べる可視光は、個人差があるものの、概ね短波長では360〜400nm、長波長では800から830nmの範囲を示している。
また、溝幅は、400nm以下、特に360nm以下が好ましく、隣接する溝間の幅は800nm以上、特に830nm以上であることが望ましい。
さらに、基材とは別の素材に溝を形成してマスターとし、そのマスターを反転した後、その反転物の形状を基材に転写する加工方法を用いることができる。
尚、深さは溝構造に依存して、親水性や回折、屈折による干渉の影響にも依存するため、アスペクト比(幅/深さ)が0.1〜10であることが望ましい。
マスターには、前述してきた除去加工を使い、マスターに所定の溝の最大幅と隣接する溝間の最小幅となり、基材が所期の機能を発現できるように溝を形成する。素材としては樹脂材料であっても無機材料であっても限定されないが、寸法精度などを考慮するとシリコン基板が望ましい。
次に、マスターからの反転物を作製する。マスターの形状を精密に反転できる方法であれば限定されないが、ニッケル電鋳などが用いられる。ニッケル電鋳は、スルファミン酸ニッケル浴中でマスター表面にメッキを施す方法である。そしてこのメッキをマスターから引き剥がすことで反転物を得ることができる。尚、スルファミン酸ニッケルは皮膜の内部応力が小さいため、素材から引き剥がしやすく電鋳には好適である。
さらに、この反転物を型として用いることで、溝を基材に転写し所定の成形構造体を得ることができる。型からの転写方法としては、型や基材を加熱して、プレス成形、射出成形、注入成形などが用いられる。
成形構造体の製造手順について説明する。最初に、スピンコータを用いてガラス板(石英ガラス)の上にフォトレジストを1μm塗布した。このとき使用したフォトレジストは東京応化製のOFRP800−5cpを用いた。次に、スパッタリング装置を用いて、熱リソグラフィー層の成膜を行った。ここで用いた熱リソグラフィー層は、酸化白金を主成分とする多層膜を成膜した。成膜後、図3に示す作製装置を用いてナノメータサイズの凹凸構造の描画を行った。
成形構造体を得るために、回転半径方向の凹部のピッチが1μmの凹凸パターンを描画した。このとき凹部になる溝幅は、150nm〜300nmで作製した。ここで、凹部は線状になるように、光のスポット径以下の微細なドット形状を描画し、ドット形状が繋がるようにして描画した。このときの描画条件は、描画時のレーザー強度15mW、回転速度3m/s、描画パルス幅は10ns、描画周波数30MHzの条件で行った。
次に、図3に示した作製装置を用いて作製した後、反応性エッチング装置を用いて、ガラス基板へのナノ凹凸構造の加工を行った。このとき用いた反応性ガスはCF4、O2、CHF3などのガスを用いた。ナノ凹凸構造の溝の深さは、およそ150nm〜300nmであった。
図6に作製した成形構造体のSEM写真を示す。回転半径方向の凹部のピッチが1μmで凹部の溝幅は250nm、深さは150nmであった。
実施例1と同様に方法で、回転方向の凹部のピッチが2μmの凹凸パターンを描画した。
図7に作製した実施例のSEM写真を示す。回転半径方向のピッチが2μmで凹部の溝幅は250nm、深さは150nmであった。
比較例として、凹凸構造が形成されていない有限会社ホーマインターナショナル製の溶融石英ガラスを用いた。
比較例、実施例1、実施例2の接触角を測定した。接触角測定には、接触角測定装置エルマ製G−1/2MG型を使用し、液滴1μリットルを基材表面に滴下し測定した。その結果、比較例は58度、実施例1は43度、実施例2は44度であり、凹凸構造により若干接触角が低下した。但し、この測定方法は前述したCassie−Baxterの取り扱いとなり、後述するWenzelの取り扱いとは状態が異なる。本発明では、Wenzelの取り扱いでの状態を見て親水性を評価する。
比較例、実施例1、実施例2にコップ一杯の水をかけて、その後の水の凝集状態を観察した。その結果、比較例は水をかけた直後から水が凝集を始め、3分後には水が点々と弾いた状態が観察され、親水性は観察されなかった。実施例1、実施例2は、水をかけた直後から水が濡れ広がり、3分後でも濡れ広がりが維持され、水の凝集は観察されず、高い親水性が観察された。
実施例1、実施例2の表面に水をかけながらスポンジで100往復擦った後、その表面のSEM写真を図8、図9に示す。実施例1、実施例2ともに、凹凸構造は損なわれていないことがわかる。また、実施例1、実施例2ともに、親水性も維持されていることが観察された。以上のことから、このような凹凸構造は実用的な耐久性があると言える。
実施例1、実施例2の透明性の確認結果を図10に示す。図10(a)が回転半径方向の凹部のピッチが1μmで実施例1と同じ構造であり、図10(b)が回転半径方向の凹部のピッチが2μmで実施例2と同じ構造である。双方ともに表面に凹凸構造があるにも拘らず、透明性が維持されていることがわかる。
Claims (6)
- 基材と、この基材表面に形成される溝とを備え、上記溝が、溝の最大幅を400nm以下とし、隣接する溝間の最小幅を800nm以上とするものであり、かつ、上記溝が、最大幅400nm以下の丸溝が基材自体の表面に連続配列して連なった線状の溝である成形構造体。
- 請求項1において、基材が、透明である成形構造体。
- 請求項1又は2において、溝が、基材を除去加工して得られる成形構造体。
- 請求項3において、基材がガラスであり、溝が、熱リソグラフィー層として酸化白金を含有する層を用いた熱リソグラフィー法により、基材を除去加工して得られる成形構造体。
- 請求項1乃至4の何れかにおいて、溝が、略円形の連続螺旋状又は複数の相似形状である成形構造体。
- 請求項1乃至5の何れかにおいて、基材が、裏面に反射材を有する成形構造体。
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